Luftführungsarten
im Raum
Geschichte
der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik
Abkürzungen
im SHK-Handwerk
Bosy-online-ABC
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Die Güte (thermische
Behaglichkeit) einer Lüftungsanlage hängt von den Luftströmungen im Raum ab. Die Luftströmungen werden hauptsächlich von der Zuluft bestimmt. Hier müssen die Lufttemperatur, Anordnung der Zuluftauslässe, sowie die Geschwindigkeit und Richtung der Lufteinführung besonders gut geplant werden. Die aus einem Zuluftdurchlass ausströmende Luft bildet einen Strahl aus.
Bei einem Abluftdurchlass und einem Überströmluftdurchlass ist das Strömungsbild anders und beeinflusst die Strömungen im Raum nicht. Selbst in Achsrichtung sind nahe dem Durchlass keine höheren Geschwindigkeiten festzustellen, da die Luft von allen Seiten gleichmässig zum Durchlass strömt. |
Der Luftdurchlass,
und hier besonders der Zuluftdurchlass, ist das wichtigste
Glied in der Kette der Bauteile einer raumlufttechnischen Anlage (RLT), um die thermische
Behaglichkeit zu erreichen. Bei der Auswahl des richtigen
Luftdurchlasses ist die spezifische Raumkühllast (die Luftmenge ist höher gegenüber dem Heizbetrieb) und die Ausblashöhe bzw. Raumhöhe ausschlaggebend. |
Die Lage
bzw. Anordnung des Abluftdurchlasses ist für die
Luftführung im Raum von untergeordneter Bedeutung. Diese Durchlässe
müssen in der Regel nicht eingestellt werden. Im Gegensatz zu den
Zuluftdurchlässen ist die Luftbewegung an der Abluftöffnung
erst in einem Abstand von 30 bis 40 cm spürbar. Nur bei einer Schichtenströmung
sollten sie im Deckenbereich angeordnet sein. |
Eine
brennende Kerze lässt sich schon durch einfaches Ausatmen löschen;
es gelingt jedoch nicht, die Flamme durch intensives Einatmen zu
löschen. |
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Die Luftdurchlässe,
und hier besonders die Zuluftauslässe, müssen so ausgewählt
werden, dass sie die Luft zug- und geräuschfrei in den Raum einbringen. Außerdem sollten sich die Durchlässe
der Raumgestaltung anpassen, da in vielen Fällen eine "Lüftung"
erst dann als negativ empfunden wird, wenn man sie sieht,
hört und spürt. Diese Kriterien gelten nicht nur für
aufwendige raumlufttechnische Anlagen, sondern auch für einfache kontrollierte
Wohnungslüftungen (KWL). Und hier sind auch die Überströmluftdurchlässe einbezogen. |
Mischlüftung (Verdünnungslüftung) ist die am häufigsten eingesetzte Art der Luftströmung im Raum. Die Zuluft
tritt über hochinduktive Durchlässe in den
Raum ein und erreicht den
Auslass über
gekrümmte Strömungspfade (Coanda-Effekt). Die Kontrolle der Konzentration erfolgt über das
Verdünnungsprinzip.
Bei der Verdrängungslüftung tritt die Zuluft über laminare Durchlässe in den Raum ein und erreicht die
Auslässe über mehr oder weniger geradlinige Strömungspfade. In der kontrollierten Zone (hinter dem Durchlass) stellen sich verhältnismässig
hohe Luftgeschwindigkeiten ein, was
aber wegen der kleinen
Turbulenzgrade
nicht unangenehm ist. So werden z. B. Verunreinigungen im
Raum von der Strömung abgeführt. Die Verdrängungslüftung ist eine impulsarme Strömungsart,
bei der die Raumluftströmung
überwiegend durch
den thermischen Auftrieb
beeinflusst wird.
Die
Quelllüftung (Niedrigimpulslüftung) ist im Gegensatz zur
Verdrängungslüftung eine Komfortlüftung
mit
niedrigen
Luftgeschwindigkeiten.
Es besteht eine impulsarme Strömung,
bei der die Raumluftströmung
überwiegend durch
den thermischen Auftrieb
(Personen oder andere Wärmequellen) beeinflusst wird. Wenn der induzierte Luftvolumenstrom
groß ist im Vergleich zum Zuluftvolumenstrom, entsteht infolge einer Rückströmung eine Strömung, die der Mischlüftung
ahnlich ist. |
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Unter "Coanda-Effekt" versteht man die Eigenschaft strömender Luft
oder Flüssigkeiten, die sich an ebenen Flächen anlegen oder andere parallele
Strahlen anziehen. Dieser Effekt wird u. a. im Flugzeugbau (Tragflächen), in der Formel 1 (Auspuffsysteme), Heizungstechnik, Lüftungstechnik (Luftführung) und im Küchen- und Laborbereich eingesetzt..
In der Lüftungstechnik wird beim Einblasen der Zulluft parallel zu einer Begrenzungsfläche
(z. B. Decke oder Wand) entsteht zwischen dem Luftstrahl und der Decke bzw. Wand ein Unterdruck,
wodurch sich der Strahl an der Decke bzw. Wand ansaugt. Wird eine Zuluftströmung beispielsweise in
geringem Abstand zur Decke angeordnet, so kann dem sich ausbildenden Luftstrahl nur von unten ungestört Sekundärluft zuströmen.
Alle Herstellerangaben zur Wurfweite beziehen sich auf eine isotherme Zuluft (Luft gleicher
Temperaturen). Besonders beim Einblasen gekühlter Luft ist der Coanda-Effekt zu berücksichtigen. Um einen möglichst großen
Effekt zu erreichen, ist die Luft in kleinen Mengen pro Durchlass bei möglichst regelmäßiger Beaufschlagung der Deckenfläche mit der größtmöglichen
Geschwindigkeit zuzuführen.
Bei Geschwindigkeiten unter 0,35 m/s ist der Effekt nicht möglich. Das optimale Verfahren besteht darin, die
Zuluft eines Durchlasses in vollem 360°-Muster ohne seitliche Abdeckungen einzublasen. Speziell für Schlitzdurchlässe wurde, um einen Strahlabfall von der
Decke auszuschließen, eine Aufteilung in aktive und inaktive Sektionen vorgenommen. Wird ein Gitter mit einem Abstand von weniger als 300 mm zur Decke
eingebaut, müssen die Katalogwerte für die Wurfweite mit 1,4 multipliziert werden.
Die Ausbildung des Coanda-Effektes ist von folgenden Faktoren abhängig:
- Form der Luftaustrittsöffnung
- Energie des Luftstrahles (Luftgeschwindigkeit)
- Austrittwinkel und Abstand des Luftauslasses zur Ablenkfläche
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Strömungssimulation am Beispiel des Coanda-Effekts
Der Coanda - Effekt - J. Peter Apel |
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Mischlüftung (Verdünnungslüftung) ist die am häufigsten eingesetzte Art der Luftströmung im Raum. Die Zuluft
tritt über hochinduktive Durchlässe in den
Raum ein und erreicht den
Auslass über
gekrümmte Strömungspfade (Coanda-Effekt). Die Kontrolle der Konzentration erfolgt über das
Verdünnungsprinzip.
Die Mischlüftung ist verhältnismäßig unempfindlich gegenüber äußere Einflüsse und kann im Heizbetrieb und Kühlbetrieb eingesetzt werden.
Bei der Mischlüftung wird die warme oder kalte Zuluft mit einer relativ hohen Geschwindigkeit dem Raum zugeführt. Die Zuluftdurchlässe (Wand- und Deckenauslass, Drallauslass, Schlitzauslass, Tellerventil, Luftdüse) müssen in der Wand oder Decke so angeordnet werden, dass die Luft außerhalb des Aufenthaltsbereichs einströmt. Durch die hohe Einblasgeschwindigkeit reißt eine große Menge an Raumluft
mit, wodurch eine gute Vermischung mit der Raumluft gewährleistet ist. Außerdem reduziert sich die Strahlgeschwindigkeit bei
dem Eintritt in den Aufenthaltsbereich, wodurch der Grenzwert (z. B. nach DIN 1946) eingehalten wird.
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Kombidurchlässe (Serie VSD35-3-AZ) nutzen den Coanda-Effekt. Die Zuluft, die durch den oberen Schlitz eingebracht wird, streicht an der Decke entlang und dringt so
tief in den Raum ein. Bei einer betonkernaktivierten Decke erhöht der Luftstrom den Effekt der Bauteiltemperierung. Die Abluft wird durch die unteren beiden Schlitze abgeführt.
Quelle: TROX GmbH
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Die Zuluft im Heizbetrieb ist leichter als die Raumluft, wodurch viel Energie erforderlich ist, um die Luft in die Aufenthaltszone zu bringen.
Mit zunehmender
Raumhöhe und Warmluftmenge muss die Einblasgeschwindigkeit erhöht werden.
Bei großer Raumhöhe ist in der Regel eine direkt nach unten ge-
richtete Luftführung erforderlich.
Die Zuluft im Kühlbetrieb ist schwerer als die Raumluft, wodurch sich beim Einblasen von der Decke im Kühlbetrieb bei hohen thermischen Belastungen zu
hohe Geschwindigkeitswerte im Aufenthaltsbereich ergeben. Die
waagerechten Strahlen von den Zuluftdurchlässen und die
senkrechten Konvektionsströme von den inneren Wärmequellen (Personen,
Beleuchtung, Maschinen) bewirken im Aufenthaltsbereich eine
Strömung der Luft. Die Geschwindigkeit hängt von der Ein-
blasgeschwindigkeit am Durchlass und der Wärmebelastung pro
Flächeneinheit (W/m2) von der Verteilung der zugeführten Luft auf
die einzelnen Durchlässe und deren Strahlbild ab.
Wenn Heiz- und Kühlluft aus dem gleichen Deckendurchlass kommen, dann können die Anforderungen an Temperaturgefälle, Ventilationsleistung und Geschwindigkeit in der Aufenthaltszone nicht gleichzeitig erfüllt werden.
Hier können motorisierte Durchlässe eingesetzt werden, die die Luftführung ändern können oder die Durchlässe werden für die Kühllast ausgelegt und durch senkrecht gerichtete Hilfsdüsen für Zuluft
mit hohem Warmluftanteil ergänzt.
Vorteile
• Gute Regulierbarkeit
• Kühlleistung bis 60 W/m² möglich
• Grosse Auswahl von Zuluftdurchlässen
• flexible Anordnung der Durchlässe
• Problemlos mit einem Kühldeckensystem kombinierbar
• Sehr gute Ausnutzung der freien Kühlung für Heiz- und Kühlbetrieb einsetzbar
• große Temperaturunterschiede zwischen Zuluft und Raumluft
durch hohe Induktion emöglich
• kleiner Temperaturgradient (annähernd gleiche
Temperaturen im ganzen Raum)
• stabiles Strahlbild
• keine Einschränkung der Raumfläche
Nachteile
• Gefahr eines Kurzschlusses (Beeinträchtigung
der Ventilationseffektivität [besonders im Heizfall])
• hoher Energiebedarf / hohe Leistungsaufnahme im
Kühlbetrieb
• Gefahr von Zugluftbildung bei hoher Kühllast |
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Bei der Verdrängungslüftung tritt die Zuluft über laminare Durchlässe in den Raum ein und erreicht die
Auslässe über mehr oder weniger geradlinige Strömungspfade. In der kontrollierten Zone (hinter dem Durchlass) stellen sich hohe Luftgeschwindigkeiten ein, was
aber wegen der kleinen
Turbulenzgrade
nicht unangenehm ist. So werden z. B. Verunreinigungen im
Raum von der Strömung abgeführt. Die Verdrängungslüftung ist eine impulsarme Strömungsart,
bei der die Raumluftströmung
überwiegend durch
den thermischen Auftrieb
beeinflusst wird.
Das Verdrängungsprinzip, das auf der Grundlage von Wärmequellen "arbeitet" und bei
dem die Luft direkt dem Aufenthaltsbereich zugeführt wird, muss besonders genau dimensioniert werden. Die Luftdurchlässe sollten nie neben einer leistungsstarken Wärmequelle (z. B. Heizkörper) angeordnet
werden. Auch eine starke Sonneneinstrahlung kann sich störend auf das System auswirken und in einigen Fällen dazu führen, dass
es dann als ein Mischventilationssystem arbeitet. Große, kalte Wand-
oder Fensterflächen im Raum können außerdem dazu führen, dass
verunreinigte Luft in den Aufenthaltsbereich zurückströmt.
Vorteile
• hohe Ventilationseffektivität
• geringe Leistungsaufnahme im Kühlbetrieb
• niedrige Geschwindigkeiten im Aufenthalts- bzw. Arbeitsbereich,
aber nicht im Nahbereich
• gut zur Kühlung hoher Räume geeignet für Heiz- und Kühlbetrieb einsetzbar
Nachteile
• größere Luftmengen als bei der Mischlüftung
erforderlich
• Reduzierung der Nutzfläche
• niedrige Induktion
• hoher vertikaler Temperaturgradient
• nicht zur Heizung geeignet
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Auftriebsströmung und Luftgeschwindigkeiten
Luftauslass - Quelllüftung
Nahzone > 0,2 m/s
Quelle: Universität Hannover - TGA - Prof. Dr.-Ing. Dirk Bohne
Quelldurchlass Serie QLE
Quelle: Trox GmbH
Quelldurchlässe -TROX GmbH
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Die Quelllüftung (Niedrigimpulslüftung) ist im Gegensatz zur
Verdrängungslüftung eine Komfortlüftung mit niedrigen Luftgeschwindigkeiten.
Es besteht eine impulsarme Strömung,
bei der die Raumluftströmung überwiegend durch
den thermischen Auftrieb (Personen oder andere Wärmequellen) beeinflusst wird. Wenn der induzierte Luftvolumenstrom
groß ist im Vergleich zum Zuluftvolumenstrom, entsteht infolge einer Rückströmung eine Strömung, die der Mischlüftung ahnlich ist.
Das Quelllüftungsprinzip kann
als
auftriebsgetriebene
Form
der
Verdrängungsströmung
gesehen
werden. Bei
der
Quellüftung strömt
die Luft aus grossflächigen
Auslässen turbulenzarm
aus.
Aufgrund
von Konvektion steigt
die
Luft überall
dort
auf,
wo Wärmelasten (Personen, Lampen, Geräte [
(z. B.
PC]) anfallen.
Auch bei kleinen
Zuluftmengen kann
eine hohe Luftqualität erzielt
werden.
Vorteile
• Hohe thermische Behaglichkeit (Niedrige Luftgeschwindigkeiten und Turbulenzgrade im Aufenthaltsbereich)
• Wirksame Schadstoffentfernung (Verunrei-
nigungsabtransportwirksamkeit e v < 1)
• Gute Ausnutzung der freien Kühlung
• Problemloser Betrieb mit variablem Zuluftvolumenstrom
• Verringerter Energiebedarf, da nur Kühlung
des Aufenthaltsbereichs
• Problemlos mit einem Kühldeckensystem
kombinierbar (Erhöhung der Behaglichkeit
aufgrund der Strahlungskühlung)
Nachteile
• Beschränkte Kühlleistung für Räume mit hohen thermischen Lasten (Grenze liegt bei ca. 25 W/m² Kühlleistungsbedarf, weil der Temperaturgradient im Aufenthaltsbereich zu gross wird)
• Nur für Kühlung und nicht für Heizung geeignet
• Bei Kombination mit Kühldecke schlechte Ausnützung der kühlen Aussenluft
• Kühldeckenbetrieb zerstört das charakteristische Temperaturprofil und reduziert daher die Vorteile der Quellüftung bezüglich
Raumqualität
• Grosse Zuluftdurchlässe
• Genutzte Räume nicht frei möblierbar
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